氢能2011讲解.ppt

氢能概述 氢的特点 氢的利用 氢经济 氢的制取 氢的储存与运输 二次能源又可分为两类： 过程性能源 （水能、风能、电能……） 含能体能源 （汽油、柴油…… ） 由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就只能采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。 随着常规能源危机的出现，在开发新的一次能源的同时，人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”，氢能正是一种人们期待的新的二次能源。 21世纪最有前途的能源有两种： 氢能 受控核聚变能 二、氢的特点 氢位于元素周期表之首，它的原子序数为1，在常温常压下为气态，在超低温高压下又可成为液态。 氢能所具有的清洁、无污染、效率高、重量轻和储存及输送性 能好、应用形式多等诸多优点，赢得了人们的青睐。 氢能汽车 氢能汽车： 氢能汽车可有两种形式： ⒈通过内燃机燃烧氢产生动能，此时的燃料可以是纯氢，也可以是氢与天然气的混合物。 ⒉以氢为原料的燃料电池作为汽车的动力，即现在我们所说的氢燃料电池汽车。 在交通运输方面，美、德、法、日等汽车大国早已推出以氢作燃料的示范汽车，并进行了几十万公里的道路运行试验。 试验证明，以氢作燃料的汽车在经济性、适应性和安全性三方面均有良好的前景，但目前仍存在贮氢密度小和成本高两大障碍。 福特汽车领先投产氢燃料内燃机 目前制造一辆燃料电池车的花费大约是普通汽车成本的100倍左右，只有那些为批量上市而生产的车型才能产生经济效益，但其成本仍然是普通汽车成本的10倍。 氢能航空航天： 早在第二次世界大战期间，氢即用作A—2火箭发动机的液体推进剂。 1960年液氢首次用作航天动力燃料。 1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。现在氢已是火箭领域的常用燃料了。 现在科学家们正在研究一种“固态氢”的宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料。在飞行期间，飞船上所有的非重要零件都可以转作能源而“消耗掉”。这样飞船在宇宙中就能飞行更长的时间。 氢的能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着燃料的自重可减轻2／3，这对航天飞机无疑是极为有利的。 今天的航天飞机以氢作为发动机的推进剂，以纯氧作为氧化剂，液氢就装在外部推进剂桶内，每次发射需用1450m3，重约100t。 在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年，目前已进入样机和试飞阶段。 德国戴姆勒-奔驰航空公司和俄罗斯航空公司已从1996年开始进行试验，证实在配备有双发动机的喷气机中使用液氢，其安全性有足够的保证。 由于液态氢的工作温度为－253℃，因此必须改进目前的飞机燃料系统。 氢燃料电池： 燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。 这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，其能量转换率高达60%－80%，实际使用效率则是普通内燃机的2－3倍。 氢燃料电池工作原理： 工作时给负极供给燃料(氢)，给正极供给氧化剂(空气)。 氢在负极分解成正离子H＋和电子e-：2H2→4H++4e－，氢离子进入电解质中，而电子则沿外部电路(含负载)移向正极。 氧在正极获得氢离子和电子反应为水：O2+4H++4e-→2H2O。 采用氢燃料电池的实验车 氢燃料电池展示： 燃烧氢气能发电： 利用氢气和氧气燃烧，组成氢氧发电机组。 这种机组是火箭型内燃发动机配以发电机，它不需要复杂的蒸汽锅炉系统，因此结构简单，维修方便，启动迅速，要开即开，欲停即停。 在电网低负荷的，还可吸收多余的电来进行电解水，生产氢和氧，以备高峰时发电用。这种调节作用对于用网运行是有利的。 另外，氢和氧还可直接改变常规火力发电机组的运行状况，提高电站的发电能力。例如氢氧燃烧组成磁流体发电，利用液氢冷量发电装置，进而提高机组功率等。 氢经济（Hydrogen Economy）一词，为美国通用汽车公司（General Motors）于1970年发生第一次能源危机时所创，主要为描绘未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后，整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场运作体系。 但随后二十年间中东形势趋缓、原油价格下跌，石油依旧成为交通运输业的首要选择，因此对于氢经济发展的相关研究渐少。直到1990年代末期气候变化（全球变暖等）问题引起重视以后，氢能与氢经济又再度成为世界各国研究的热点。 （1）美国氢经济发展战略： 美国在1990年就通过了氢能研究与发展、示范法案。 美国能源部(DOE)启动了一系列氢能研究项目。2001年以来，美国政府将发展氢能作为其能源政策的一个重要方面，先后制定了多项氢能研